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Veröffentlicht: 24.05.2017, 13:03 Uhr

Flügelfaltung Origami-Tricks im Reich der Käfer

Obwohl der Marienkäfer einer der bekanntesten Käfer ist, hütete er bis vor kurzem ein Geheimnis: Wie funktioniert die komplizierte Faltung seiner Flügel?

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© Kazuya Saito, F.A.Z. Marienkäfer: Der Trick mit der Faltung

Es ist ein Phänomen, das jeder aus dem Alltag kennt: Dinge zu entfalten ist sehr viel einfacher, als sie wieder platzsparend zusammenzufalten. Der Aufwand lohnt sich allerdings: Ob Stadtplan, Regenschirm, Weltraumteleskop oder faltbare Nanostrukturen – die kompakte Faltung bietet große praktische Vorteile. Es erstaunt daher kaum, dass die Natur den ingenieurstechnischen Fähigkeiten des Menschen im Feld der Faltung lange voraus ist.

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Ein Beispiel dafür ist aktuell wieder sowohl krabbelnd als auch fliegend in der warmen Frühlingssonne unterwegs: der allseits bekannte Marienkäfer. Das schnelle Umschalten zwischen der Fortbewegung in der Luft und auf der Erde wird für ihn dadurch möglich, dass er seine transparenten, zum Flug genutzten Hinterflügel in Sekundenschnelle sowohl ausklappen als auch wieder unter den gepunkteten Deckflügeln verstauen kann. Wie die Flügel trotz ihrer großen Stabilität beim Flug klein zusammengefaltet werden können, war bisher allerdings ein Rätsel.

Schließlich sahen sich Forscher im Fall der Marienkäfer mit einer Zwickmühle konfrontiert: Der Faltprozess der zum Flug genutzten Hinterflügel geschieht verborgen unter den geschlossenen, rot-schwarzen Deckflügeln. Gleichzeitig können die diese aber nicht zum Studium der Faltung entfernt werden, da sie hierfür eine entscheidende Rolle spielen. Japanische Forscher um Kazuya Saito haben für dieses Problem nun eine Lösung gefunden: Sie transplantierten lebenden Käfern künstliche, transparente Deckflügel, so dass sie die Details der Flügelfaltung erstmalig mit einer Hochgeschwindigkeitskamera verfolgen konnten. Die Ergebnisse dieser Methode wurden nun in der Fachzeitschrift „PNAS“ veröffentlicht.

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Demnach nutzen die Käfer die Kanten und unteren Flächen der Deckflügel, um die Hinterflügel entlang von Adern zu falten, die in ihrem Verlauf der Kantenform der Flügel angepasst sind. Durch Hebebewegungen des Körpers werden die Flügel dann in ihre gefaltete Form auf dem Rücken des Marienkäfers gezogen. Anhand von Mikrocomputertomographie versuchten die Forscher außerdem, zu verstehen, wie die Flügel trotz der kompakten Faltung ihre Stabilität beim Fliegen bewahren können. Es zeigte sich, dass die gekrümmten Adern eine zentrale Rolle für die mechanische Unterstützung der Flügel spielen: Ähnlich wie ein Rollmaßband sind sie ausgebreitet starr, obwohl sie gleichzeitig gefaltet werden können. Ingenieure können vom Marienkäfer noch einiges lernen.

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